本發(fā)明涉及飛機(jī)工藝裝備技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種薄壁件多點(diǎn)柔性定位與變形測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

飛機(jī)產(chǎn)品中越來(lái)越廣泛的采用低相對(duì)密度、高強(qiáng)度的薄壁結(jié)構(gòu)件，這是由于薄壁件具有重量輕、強(qiáng)度高、材料省、受力狀態(tài)好、幾何造型流暢、便于加工等優(yōu)點(diǎn)。然而典型薄壁零件多為大尺寸、弱剛度的曲面類(lèi)薄壁結(jié)構(gòu)件，因而存在易變形、難定位的問(wèn)題，從而決定了在定位過(guò)程中極易產(chǎn)生變形影響飛機(jī)產(chǎn)品最終質(zhì)量。

傳統(tǒng)的剛性工裝是根據(jù)薄壁件的曲面來(lái)制造出與之有相同曲面形狀的實(shí)體模胎或者定位卡板來(lái)對(duì)這類(lèi)零件進(jìn)行定位和夾緊，但必須針對(duì)不同的零件、不同的工藝制造出不同的專(zhuān)用工裝，其不足是互換性差，設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)輸、存儲(chǔ)以及管理需要耗費(fèi)龐大的人力物力并且不利于新產(chǎn)品的研制和單件小批量生產(chǎn)，嚴(yán)重制約著飛機(jī)制造業(yè)的發(fā)展。

文獻(xiàn)“variationsimulationfordeformablesheetmetalassembliesusingfiniteelementmethods”(1997年liusc，husj發(fā)表于journalofmanufacturingscience&engineering)提出“n-2-1”定位原理。近年，基于“n-2-1”定位原理的多點(diǎn)柔性定位工裝得到了廣泛的研究與重視，其主要作用就是在制造過(guò)程中保證薄壁件的準(zhǔn)確定位并限制其過(guò)多的變形，同時(shí)能夠適應(yīng)不同大小、不同外形薄壁件的柔性定位。

目前已有的集真空氣壓、控制、機(jī)械為一體的全自動(dòng)柔性定位工裝，采用伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)多定位支撐單元之間的距離調(diào)整，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計(jì)制造難度大、精度不穩(wěn)定，同時(shí)缺乏定位后的外形檢測(cè)裝置。如專(zhuān)利cn103100889b公開(kāi)了一種多點(diǎn)柔性定位工裝，該定位工裝包括多個(gè)直角坐標(biāo)式柔性支撐模塊和基座，通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)各支承模塊的x方向、y方向、z方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成薄壁零件的定位。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了避免現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種薄壁件多點(diǎn)柔性定位與變形測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置。該實(shí)驗(yàn)裝置可進(jìn)行曲面薄壁件的準(zhǔn)確定位、定位后變形情況的整體測(cè)量以及薄壁件定位布局的柔性調(diào)節(jié)；實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝便捷，成本低，可操作性強(qiáng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:包括x向工作臺(tái)、y向雙軸心導(dǎo)軌模塊、z向定位伸縮立柱模塊、激光掃描儀、激光跟蹤儀，其特征在于y向雙軸心導(dǎo)軌模塊包括六角螺栓、雙軸心導(dǎo)軌、鎖緊塊、y向滑塊、滑塊限位螺栓；z向定位伸縮立柱模塊包括光軸、滾珠導(dǎo)套、滾珠絲杠、滑塊組件、手輪、定位球頭；所述x向工作臺(tái)為上述部件提供支撐，x向工作臺(tái)上表面分布有多道軸向t型導(dǎo)槽，用于安裝y向雙軸心導(dǎo)軌模塊；激光跟蹤儀與激光掃描儀分別位于x向工作臺(tái)的同一側(cè)面；所述y向雙軸心導(dǎo)軌模塊為多組，雙軸心導(dǎo)軌通過(guò)六角螺栓和鎖緊塊安裝在x向工作臺(tái)上的t型導(dǎo)槽內(nèi)，且沿t型導(dǎo)槽實(shí)現(xiàn)x向移動(dòng)，y向滑塊分布在雙軸心導(dǎo)軌上面，且與雙軸心導(dǎo)軌配合安裝，雙軸心導(dǎo)軌兩端分別有滑塊限位螺栓；所述z向定位伸縮立柱模塊通過(guò)轉(zhuǎn)接板和螺栓與雙軸心導(dǎo)軌上面的y向滑塊固連，y向滑塊沿雙軸心導(dǎo)軌滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)y向移動(dòng)；滾珠絲杠安裝在轉(zhuǎn)接板上，滑塊組件與滾珠絲杠配合安裝，滾珠導(dǎo)套固定在轉(zhuǎn)接板的側(cè)面端部，光軸一端有靶標(biāo)座放置孔和球頭連接外螺紋，靶標(biāo)座放置孔用于放置激光跟蹤儀靶標(biāo)座，球頭連接外螺紋用于連接定位球頭，光軸另一端穿過(guò)滾珠導(dǎo)套與滑塊組件固連，手輪安裝在滾珠絲杠一端，通過(guò)調(diào)節(jié)手輪帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)光軸做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)z向移動(dòng)；激光跟蹤儀用于輔助調(diào)節(jié)定位球頭位置，并使若干定位球頭形成一個(gè)柔性定位曲面，激光掃描儀用于掃描定位后薄壁件外形輪廓；其測(cè)量方法包括以下步驟:

步驟1.調(diào)節(jié)y向雙軸心導(dǎo)軌模塊、y向滑塊和定位球頭位置，并打開(kāi)激光跟蹤儀，進(jìn)行預(yù)熱；

步驟2.將定位球頭從光軸上卸下，激光跟蹤儀靶標(biāo)座插入激光跟蹤儀靶標(biāo)放置孔，并將激光跟蹤儀靶標(biāo)放置在激光跟蹤儀靶標(biāo)座上；

步驟3.用激光跟蹤儀靶標(biāo)將激光跟蹤儀測(cè)量點(diǎn)引導(dǎo)至激光跟蹤儀靶標(biāo)座處；

步驟4.通過(guò)激光跟蹤儀，調(diào)節(jié)定位球頭x向、y向和z向位置，并進(jìn)行微調(diào)，將待檢測(cè)薄壁件放置在定位球頭位置；

步驟5.重復(fù)上述步驟2、步驟3、步驟4，將各定位球頭進(jìn)行微調(diào)，完成定位點(diǎn)布局調(diào)節(jié)；

步驟6.利用激光掃描儀對(duì)定位后的待檢測(cè)薄壁件進(jìn)行掃描；

步驟7.記錄并分析實(shí)驗(yàn)中采集的數(shù)據(jù)；利用分析后的數(shù)據(jù)對(duì)定位布局進(jìn)行評(píng)價(jià)，完成實(shí)驗(yàn)。

有益效果

本發(fā)明提出的一種薄壁件多點(diǎn)柔性定位與變形測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置,通過(guò)激光跟蹤儀精確調(diào)整定位球頭的空間位置，實(shí)現(xiàn)不同大小、外形的曲面薄壁件的柔性定位，定位后變形情況的整體測(cè)量以及薄壁件定位布局的柔性調(diào)節(jié)；x向工作臺(tái)為各部件提供支撐；y向雙軸心導(dǎo)軌模塊位于x向工作臺(tái)上的t型導(dǎo)槽內(nèi)實(shí)現(xiàn)x向移動(dòng)；z向定位伸縮立柱模塊與雙軸心導(dǎo)軌上面的y向滑塊固連，y向滑塊沿雙軸心導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)y向移動(dòng)；z向定位伸縮立柱模塊通過(guò)手輪驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，帶動(dòng)光軸實(shí)現(xiàn)z向移動(dòng)。實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝便捷，可操作性強(qiáng)。

本發(fā)明薄壁件多點(diǎn)柔性定位與變形測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置,通過(guò)激光跟蹤儀精確調(diào)整定位球頭的空間位置，受裝置部件的加工精度影響較低。采用激光掃描儀對(duì)實(shí)驗(yàn)薄壁件進(jìn)行外形掃描，能準(zhǔn)確的測(cè)量薄壁件在定位過(guò)程中變形情況，從而得出定位點(diǎn)數(shù)目、定位點(diǎn)位置對(duì)薄壁件定位變形量的影響；實(shí)驗(yàn)裝置可操作性和普及性較強(qiáng)。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明一種薄壁件多點(diǎn)柔性定位與變形測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明薄壁件多點(diǎn)柔性定位與變形測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2a為y向雙軸心導(dǎo)軌模塊示意圖。

圖2b為y向雙軸心導(dǎo)軌模塊中的滑塊限位螺栓安裝部位放大圖。

圖3為z向定位伸縮立柱模塊示意圖。

圖4為光軸與激光跟蹤儀靶標(biāo)座、激光跟蹤儀靶標(biāo)裝配示意圖。

圖5a為光軸與定位球頭裝配示意圖。

圖5b為定位球頭a-a向剖視圖。

圖6為雙軸心導(dǎo)軌與x向工作臺(tái)安裝部位示意圖。

圖中:

1.x向工作臺(tái)2.y向雙軸心導(dǎo)軌模塊3.z向定位伸縮立柱模塊4.激光掃描儀5.激光跟蹤儀6.t型導(dǎo)槽7.六角螺栓8.雙軸心導(dǎo)軌9.鎖緊塊10.y向滑塊11.光軸12.滾珠導(dǎo)套13.滾珠絲杠14.滑塊組件15.手輪16.靶標(biāo)座放置孔17.球頭連接外螺紋18.激光跟蹤儀靶標(biāo)座19.激光跟蹤儀靶標(biāo)20.定位球頭21.滑塊限位螺栓

具體實(shí)施方式

本實(shí)施例是一種薄壁件多點(diǎn)柔性定位與變形測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置。

參閱圖1～圖6，本實(shí)施例薄壁件多點(diǎn)柔性定位與變形測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置，由x向工作臺(tái)1、y向雙軸心導(dǎo)軌模塊2、z向定位伸縮立柱模塊3、激光掃描儀4、激光跟蹤儀5組成，其中,y向雙軸心導(dǎo)軌模塊2包括六角螺栓7、雙軸心導(dǎo)軌8、鎖緊塊9、y向滑塊10、滑塊限位螺栓21；z向定位伸縮立柱模塊包括光軸11、滾珠導(dǎo)套12、滾珠絲杠13、滑塊組件14、手輪15。x向工作臺(tái)1為上述部件提供支撐；x向工作臺(tái)1上表面分布有多道軸向t型導(dǎo)槽6，用于安裝y向雙軸心導(dǎo)軌模塊2。激光跟蹤儀5和激光掃描儀4分別安裝在x向工作臺(tái)1的同一側(cè)面。y向雙軸心導(dǎo)軌模塊2為多組，雙軸心導(dǎo)軌8通過(guò)六角螺栓7和鎖緊塊9安裝在x向工作臺(tái)1上的t型導(dǎo)槽6內(nèi)，且沿t型導(dǎo)槽6實(shí)現(xiàn)x向移動(dòng)。y向滑塊10分布在雙軸心導(dǎo)軌8上面，且與雙軸心導(dǎo)軌8配合安裝。雙軸心導(dǎo)軌8兩端分別有滑塊限位螺栓21。z向定位伸縮立柱模塊3通過(guò)轉(zhuǎn)接板和螺栓與雙軸心導(dǎo)軌8上面的y向滑塊10固定連接，y向滑塊10沿雙軸心導(dǎo)軌8滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)y向移動(dòng)。滾珠絲杠13安裝在轉(zhuǎn)接板上,滑塊組件14與滾珠絲杠13配合安裝。光軸11一端加工有靶標(biāo)座放置孔16和球頭連接外螺紋17，靶標(biāo)座放置孔16用于放置激光跟蹤儀靶標(biāo)座18。球頭連接外螺紋17用于連接定位球頭20。光軸11另一端穿過(guò)滾珠導(dǎo)套12與滑塊組件14固定連接。手輪15安裝在滾珠絲杠13一端，通過(guò)調(diào)節(jié)手輪15帶動(dòng)滾珠絲杠13轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)光軸11做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)z向移動(dòng)。激光跟蹤儀5用于輔助調(diào)節(jié)定位球頭20位置，并使若干定位球頭20形成一個(gè)柔性定位曲面；激光掃描儀4用于掃描定位后薄壁件外形輪廓。

其測(cè)量方法包括以下步驟:

第一步.調(diào)節(jié)y向雙軸心導(dǎo)軌模塊2、y向滑塊10和定位球頭20位置,并打開(kāi)激光跟蹤儀5進(jìn)行預(yù)熱；

第二步.將定位球頭20從光軸11上卸下,將激光跟蹤儀靶標(biāo)座18插入激光跟蹤儀靶標(biāo)放置孔16；并將激光跟蹤儀靶標(biāo)19放置于激光跟蹤儀靶標(biāo)座18上；

第三步.用激光跟蹤儀靶標(biāo)19將激光跟蹤儀5測(cè)量點(diǎn)引導(dǎo)至激光跟蹤儀靶標(biāo)座18處；

第四步.借助激光跟蹤儀5，調(diào)節(jié)定位球頭20x向、y向和z向位置；用激光跟蹤儀5進(jìn)行微調(diào)，調(diào)節(jié)各y向雙軸心導(dǎo)軌模塊2、y向滑塊10和定位球頭20，將待檢測(cè)薄壁件放置于定位球頭20位置；

第五步.重復(fù)上述第二步至第四，將各定位球頭20進(jìn)行微調(diào)，完成定位點(diǎn)布局調(diào)節(jié)；

第六步.利用激光掃描儀4對(duì)定位后的待檢測(cè)薄壁件進(jìn)行掃描；

第七步.記錄并分析試驗(yàn)中采集的數(shù)據(jù)；利用分析后的數(shù)據(jù)對(duì)定位布局進(jìn)行評(píng)價(jià)，完成實(shí)驗(yàn)。

本實(shí)施例中,x向工作臺(tái)1為長(zhǎng)方體，采用鑄鐵材料。工作臺(tái)上部表面為精加工平面，加工有多道軸向t型導(dǎo)槽6用于安裝y向雙軸心導(dǎo)軌模塊2。t型導(dǎo)槽6用于固定y向雙軸心導(dǎo)軌模塊2，并使y向雙軸心導(dǎo)軌模塊2沿t型導(dǎo)槽6移動(dòng)，控制位于光軸11上的定位球頭10的x向移動(dòng)，從而調(diào)節(jié)薄壁件的定位點(diǎn)x向位置。激光掃描儀4采用handyscan700激光掃描儀；激光跟蹤儀5采用api-t3激光跟蹤儀。

y向滑塊10沿雙軸心導(dǎo)軌8滑動(dòng)，并由滑塊限位螺栓21限制于雙軸心導(dǎo)軌8上不至滑出，用于控制位于光軸11上的定位球頭20的y向移動(dòng)，從而調(diào)節(jié)薄壁件的定位點(diǎn)y向位置。

激光跟蹤儀靶標(biāo)座18用來(lái)放置激光跟蹤儀靶標(biāo)19，通過(guò)激光跟蹤儀5跟蹤激光跟蹤儀靶標(biāo)19來(lái)定位各定位球頭20位置。此時(shí)，z向定位伸縮立柱模塊3通過(guò)調(diào)節(jié)手輪15，帶動(dòng)滾珠絲杠13轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)定位球頭20沿z向做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而調(diào)節(jié)薄壁件的定位點(diǎn)z向位置。

t型導(dǎo)槽6、雙軸心導(dǎo)軌8和z向定位伸縮立柱模塊3分別可調(diào)節(jié)定位球頭20的x向、y向和z向位置。若干個(gè)定位球頭20共同形成一個(gè)柔性定位曲面，從而對(duì)薄壁件進(jìn)行柔性定位。完成薄壁件的定位后，用激光掃描儀4對(duì)薄壁件進(jìn)行掃描，進(jìn)而對(duì)定位布局進(jìn)行評(píng)價(jià)。

薄壁件的掃描與定位布局評(píng)價(jià)步驟:

(1)將薄壁件放置于調(diào)節(jié)好的定位球頭20上；

(2)將激光掃描儀反光點(diǎn)貼到薄壁件表面，打開(kāi)電腦，打開(kāi)數(shù)據(jù)采集軟件，數(shù)據(jù)采集軟件可采用與handyscan700激光掃描儀對(duì)應(yīng)的vxelements：creaform軟件平臺(tái)，也可采用其它激光掃描儀并采用對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)采集軟件；打開(kāi)激光掃描儀；

(3)打開(kāi)數(shù)據(jù)采集軟件的掃描軟件模塊，用激光掃描儀掃描薄壁件；

(4)將掃描的數(shù)據(jù)用cad軟件模塊處理，生成其兼容cad軟件的文件格式；

(5)將生成的數(shù)模與理論數(shù)模進(jìn)行對(duì)比，分析此定位布局下定位誤差，評(píng)價(jià)此定位布局。